Mini Black-holesMini Black-holes

Vom frühen Universum ins Vom frühen Universum ins LaborLabor

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Mini Black-holes – Eine kurze Mini Black-holes – Eine kurze ÜbersichtÜbersicht

1.1. Primordiale Schwarze LöcherPrimordiale Schwarze Löcher

2.2. Schwarze Löcher im LaborSchwarze Löcher im Labor

1. Primordiale Schwarze Löcher1. Primordiale Schwarze Löcher

• Entstehung in der post-inflationären Ära (ca. 5*10Entstehung in der post-inflationären Ära (ca. 5*10-24-24 sec. nach sec. nach dem Urknall)dem Urknall)

• Sie konnten nur in Gebietet mit überdurchschnittlich hoher Sie konnten nur in Gebietet mit überdurchschnittlich hoher Dichte entstehen. Dichtefluktuationen in großen Skalen hat Dichte entstehen. Dichtefluktuationen in großen Skalen hat WMAP nachgewiesen, in kleineren Skalen nur Spekulation.WMAP nachgewiesen, in kleineren Skalen nur Spekulation.

• Die Masse liegt im Bereich zwischen der Planck-Masse (10Die Masse liegt im Bereich zwischen der Planck-Masse (10-8-8kg) kg) und 10und 101515kg , dies ist ungefähr die Masse einen Berges auf der kg , dies ist ungefähr die Masse einen Berges auf der Erde.Erde.

• Die Größe liegt im Bereich zwischen der Planck-Länge (10Die Größe liegt im Bereich zwischen der Planck-Länge (10-35-35m) m) und 10und 10-12-12mm

. Zum Vergleich, der Durchmesser eines freien . Zum Vergleich, der Durchmesser eines freien

Protons beträgt 1,7*10Protons beträgt 1,7*10-15-15m . Es handelt sich also um ein m . Es handelt sich also um ein subatomares Gebilde.subatomares Gebilde.

• Könnten Keimzellen größerer Schwarzer Löcher sein, die zur Könnten Keimzellen größerer Schwarzer Löcher sein, die zur Entstehung der Galaxien geführt habenEntstehung der Galaxien geführt haben

• Zerfall durch Hawkingstrahlung antiproportional zur Masse, Zerfall durch Hawkingstrahlung antiproportional zur Masse, daher zerstrahlen Mini Schwarze Löcher sehr schnell. Wenn daher zerstrahlen Mini Schwarze Löcher sehr schnell. Wenn Masse unter etwa 1000 Tonnen fällt, explodiert das Schwarze Masse unter etwa 1000 Tonnen fällt, explodiert das Schwarze Loch.Loch.

• Primordiale Schwarze Löcher mit einer Anfangsmasse von Primordiale Schwarze Löcher mit einer Anfangsmasse von 10101212

kg haben eine Lebensdauer von ca. 10kg haben eine Lebensdauer von ca. 101010 Jahren, was dem Jahren, was dem

derzeitigen Alter des Universums entspricht, daher derzeitigen Alter des Universums entspricht, daher möglicherweise Explosionen messbar.möglicherweise Explosionen messbar.

• Eine andere Theorie besagt, dass die Hawking-Strahlung nur für Eine andere Theorie besagt, dass die Hawking-Strahlung nur für große Massen zutreffend ist, daher ist es möglich, dass Löcher große Massen zutreffend ist, daher ist es möglich, dass Löcher mit Massen unter 1000 Protonenmassen stabil bleiben.mit Massen unter 1000 Protonenmassen stabil bleiben.

Stichwort: RelikteStichwort: Relikte

2.2. Schwarze Löcher im Labor Schwarze Löcher im Labor

• Überlegung: Teilchen die mit extrem hohen Energien auf Überlegung: Teilchen die mit extrem hohen Energien auf einander Treffen einander Treffen können ein Schwarzes Loch können ein Schwarzes Loch erzeugenerzeugen

• Abschätzung: Am LHC wird es möglich sein ein Proton mit bis zu Abschätzung: Am LHC wird es möglich sein ein Proton mit bis zu 7 TeV zu 7 TeV zu beschleunigen. Nach E=m*c beschleunigen. Nach E=m*c22 folgt daraus folgt daraus eine Masse von eine Masse von 10 10-23-23 kg. Unter der Annahme, dass kg. Unter der Annahme, dass die maximale die maximale quantenmechanische Auflösung bei quantenmechanische Auflösung bei diesen Energiendiesen Energien

bei 10bei 10-19-19m liegt, ergibt sich daraus eine maximale m liegt, ergibt sich daraus eine maximale Dichte, Dichte, beim Zusammenstoß 2er Protonen, von beim Zusammenstoß 2er Protonen, von 10103434kg/mkg/m3 3 ..

• Problem: Um das kleinste mögliche Schwarze Loch zu erzeugen Problem: Um das kleinste mögliche Schwarze Loch zu erzeugen muss die muss die Dichte mindestens der Planck-Dichte Dichte mindestens der Planck-Dichte (5*10(5*109696kg/mkg/m33) entsprechen. ) entsprechen.

• Lösung: Stringtheorie mit LXD´sLösung: Stringtheorie mit LXD´s– Möglicherweise 7 ExtradimensionenMöglicherweise 7 Extradimensionen– LXD`s mit längen bis zu einigen MikrometernLXD`s mit längen bis zu einigen Mikrometern– Elementarteilchen bilden Schleifen (Strings) nur Gravitonen sind geschlossenElementarteilchen bilden Schleifen (Strings) nur Gravitonen sind geschlossen– Daraus folgt: Gravitation nimmt bei kleinen Abständen viel stärker zuDaraus folgt: Gravitation nimmt bei kleinen Abständen viel stärker zu

Dem künstlich erzeugten Schwarzen Loch steht also theoretisch nichts mehr Dem künstlich erzeugten Schwarzen Loch steht also theoretisch nichts mehr im Wege!!!im Wege!!!

Schwarze Löcher in der ErdatmosphäreSchwarze Löcher in der Erdatmosphäre

• Harte kosmische Hintergrund Strahlung (Protonen und Atome mit Harte kosmische Hintergrund Strahlung (Protonen und Atome mit Energien von bis zu 10Energien von bis zu 1099 TeV) könnten in der Erdatmosphäre bis zu TeV) könnten in der Erdatmosphäre bis zu 100 Mini Schwarze Löcher pro Jahr erzeugen.100 Mini Schwarze Löcher pro Jahr erzeugen.

• Bein Zerfall entstehen sämtliche Partikelsorten, mit hohen Bein Zerfall entstehen sämtliche Partikelsorten, mit hohen EnergienEnergien

• Zerfallsprodukte können vielleicht bald am Auger-Observatorium Zerfallsprodukte können vielleicht bald am Auger-Observatorium in Argentinien und am Fly´s-Eye-Observatorium in Utha/USA in Argentinien und am Fly´s-Eye-Observatorium in Utha/USA gemessen werden.gemessen werden.

LHC - ALICE, ATLAS und CMSLHC - ALICE, ATLAS und CMS

• LHC (LHC (LLarge arge HHadronadron CColliderollider))

– Inbetriebnahme ca. Ende August 2007Inbetriebnahme ca. Ende August 2007– Supraleiter erzeugen MagnetfeldSupraleiter erzeugen Magnetfeld– Umfang 27 kmUmfang 27 km– 5 große Experimente:5 große Experimente: ALICEALICE

ATLASATLAS

CMSCMS

LHCbLHCb

TOTEMTOTEM

• ALICE (ALICE (AA LLarge arge IIon on CCollider ollider EExperiment)xperiment)

– Hier werden vor allem größere Kerne (Bleiionen) zur Kollision Hier werden vor allem größere Kerne (Bleiionen) zur Kollision gebrachtgebracht

– Daher Mini Schwarze Löcher unwahrscheinlichDaher Mini Schwarze Löcher unwahrscheinlich– Forschung am Quark-Gluonen-Plasma, Simulation der Zeit Forschung am Quark-Gluonen-Plasma, Simulation der Zeit

unmittelbar nach dem Urknallunmittelbar nach dem Urknall

• ATLAS (ATLAS (A TA Toroidal oroidal LLHC HC AAparatuparatuSS ) )– Proton-Antiproton und Elektron-Antielektron KollisionenProton-Antiproton und Elektron-Antielektron Kollisionen– Produktion von Mini Schwarzen Löchern möglichProduktion von Mini Schwarzen Löchern möglich– Suche nach dem Higgs-Boson und Forschung an Quarks und LeptonenSuche nach dem Higgs-Boson und Forschung an Quarks und Leptonen

• CMS (CMS (CCompact ompact MMuon uon SSolenoid)olenoid)– Kollision von Protonen bei bis zu 14 TeVKollision von Protonen bei bis zu 14 TeV– Messung der entstehenden Elektronen, Photonen und MyonenMessung der entstehenden Elektronen, Photonen und Myonen– Entdeckung von Schwarzen Löchern möglichEntdeckung von Schwarzen Löchern möglich– Erforschung von SuSy-Teilchen und Suche nach Higgs-BosonErforschung von SuSy-Teilchen und Suche nach Higgs-Boson

Energie aus Schwarzen LöchernEnergie aus Schwarzen Löchern

Der Relikt-KonverterDer Relikt-Konverter

• Schwarze Löcher unter 1000 Protonenmassen möglicherweise Schwarze Löcher unter 1000 Protonenmassen möglicherweise stabilstabil

• Es bleiben beim Zerfall von Mini Schwarzen Löchern Relikte übrigEs bleiben beim Zerfall von Mini Schwarzen Löchern Relikte übrig

• Da mit 70% Wahrscheinlichkeit geladen, kann es eingefangen Da mit 70% Wahrscheinlichkeit geladen, kann es eingefangen werdenwerden

• Speist man dieses Relikt nun wieder mit Materie so gibt die Speist man dieses Relikt nun wieder mit Materie so gibt die Materie zunächst ihre kin. Energie bei der Akkretion ab, nun Materie zunächst ihre kin. Energie bei der Akkretion ab, nun steigt die Masse des Mini Schwarzen Lochs, sodass es wieder steigt die Masse des Mini Schwarzen Lochs, sodass es wieder Hawking-Strahlung aussendetHawking-Strahlung aussendet

• Umwandlungseffizienz läge Möglicherweise bei bis zu 90%Umwandlungseffizienz läge Möglicherweise bei bis zu 90%

DenkanstößeDenkanstöße

QuellenQuellen

• „„Schwarze Löcher im Labor“ von B. J. Carr und S. B. Schwarze Löcher im Labor“ von B. J. Carr und S. B. GiddingsGiddings

Spektrum der Wissenschaft Ausgabe: September 2005Spektrum der Wissenschaft Ausgabe: September 2005

• „„Schwarze Löcher im Labor“ von M. Bleicher und H. StöckerSchwarze Löcher im Labor“ von M. Bleicher und H. Stöcker

Forschung Frankfurt Ausgabe: 4/2006Forschung Frankfurt Ausgabe: 4/2006

• „„Mini Black Holes in the first year of the LHC“ von H. StöckerMini Black Holes in the first year of the LHC“ von H. Stöcker

• http://www.mpe.mpg.de/~amueller/index.htmlhttp://www.mpe.mpg.de/~amueller/index.html

• www.cern.chwww.cern.ch (mit Links zu ALICE, ATLAS und CMS) (mit Links zu ALICE, ATLAS und CMS)

• WikipediaWikipedia